Papel de parp-1 y del proceso de poli adp-ribosilación en autofagia: regulación de la ruta ampk/mtorc1

• Autores: José Manuel Rodríguez Vargas
• Directores de la Tesis: Francisco Javier Oliver Pozo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2013
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Joan Gil (presid.), María del Carmen Ruiz Ruiz (secret.), José Yélamos López (voc.), Abelardo López Rivas (voc.), Cristina Muñoz-Pinedo (voc.)
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
• Resumen

  • La autofagia es una ruta degradativa lisosomal por la cual distintos componentes citoplasmáticos van a ser englobados en estructuras cerradas de doble membrana denominadas Autofagosomas. Previa fusión con lisosomas, los autofagosomas adquieren la capacidad de degradar el contenido que albergan por acción de las proteasas ácidas lisosomales, la vesícula degradativa resultante se denomina Autolisosoma. La autofagia está considerada como la principal ruta de reciclado de proteínas de larga vida y eliminación de orgánulos aberrantes. El proceso de autofagia presenta un componente tanto de adaptación y supervivencia celular como de muerte. Dependiendo del tipo de estímulo que la induzca y de la intensidad/durabilidad del mismo en el microambiente celular, podremos diferenciar entre Autofagia Adaptativa y Muerte Celular Autofágica.

    Como tal es un proceso esencial en la homeostasis celular, que además interviene durante el desarrollo embrionario y en el mantenimiento tisular, sin embargo se sabe que la autofagia es un proceso tremendamente regulado en distintos tipos de tumores donde juega un papel dual, pudiendo actuar como mecanismo de resistencia y adaptación o como proceso de muerte celular programada.

    PARP-1 es un enzima nuclear muy conservado en organismos eucariotas superiores. Es el miembro más abundante de una superfamilia proteica de 18 miembros denominada Familia PARP. PARP-1 cataliza la formación de un polímero ramificado de ADP-Ribosa (PAR) partiendo del precursor NAD+, en una reacción enzimática denominada Poli ADP-Ribosilación o PARilación. Es capaz de sintetizar hasta el 85% de todo el polímero de ADP-Ribosa necesario para el mantenimiento de la homeostasis nuclear.

    La principal función biológica de PARP-1 es la de actuar como molécula señalizadora de daños al ADN, de forma que permite el reclutamiento a la zona dañada de las proteínas encargadas de reparar los daños. PARP-1 además se relaciona con otros procesos biológicos, por ejemplo interviene en el mantenimiento de la estructura de la cromatina, tiene funciones reguladoras en el proceso de transcripción génica e incluso interviene en la respuesta celular ante distintos tipos de estreses. En este sentido la biología de la Poli ADP-Ribosilación es fuente de estudio en diversas situaciones fisiológicas básicas como son la muerte celular controlada, el desarrollo embrionario o el mantenimiento tisular, pero también se la relaciona con procesos patofisiológicos como son el envejecimiento, respuesta inflamatoria aguda o el cáncer.

    En esta tesis doctoral nos hemos centrado en el papel que juega PARP-1 y la Poli ADP-Ribosilación como mediadores directos del proceso de autofagia, bajo un estrés fisiológico nutricional. Las condiciones desfavorables que las células cancerígenas encuentran en el microambiente tumoral, tanto de disponibilidad de nutrientes como de oxígeno, son agentes causales de la autofagia. En esta situación vamos a analizar la relación que existe entre la autofagia como mecanismo adaptativo ante la carencia de nutrientes y el proceso de Poli ADP-Ribosilación.

    Hemos demostrado que la ausencia o inhibición de la proteína PARP-1, retrasa considerablemente la autofagia inducida por privación de nutrientes y que los daños al ADN, inducidos por la producción de Especies Reactivas del Oxígeno, son un evento temprano durante la autofagia inducida por privación, siendo éstos el desencadenante de la activación de PARP-1, conduciendo a una importante caída o depleción en los niveles de ATP.

    La caída en los niveles de ATP son detectados por la quinasa AMPk que inducirá la ruta de autofagia a través de la inactivación del complejo mTORC1. La ausencia de PARP-1 mantiene inactiva a AMPk y además impide la pérdida completa de la actividad de mTORC1, lo que conlleva a una deficiencia en la inducción de autofagia. Del mismo modo células parp-1-/- o tratadas con los inhibidores de PARP desarrollan fenómenos de muerte celular inducida por privación nutricional, lo que confirma que la autofagia mediada por la activación de PARP-1 es un proceso adaptativo y previene de la muerte celular durante estrés nutricional.

    Nuestros resultados demuestran que el grado de activación de PARP-1 va a influir sobre la velocidad con que la célula entra en autofagia en respuesta a la retirada de nutrientes. La inhibición de PARP-1 y la caída en los niveles de PAR en la célula, enlentecen el flujo autofágico mientras que la acumulación no tóxica de polímero PAR la acelera. El mayor flujo autofágico no viene marcado por un intento de detoxificación celular, ya que no se afecta la viabilidad celular.

    El proceso de Poli ADP-Ribosilación va a regular no solo la autofagia sino que también es capaz de modular la síntesis de proteínas a través de la actividad mTORC1. A través de la interacción directa y modificación por PARilación de AMPk en el núcleo, PARP-1 permite una adecuada activación de AMPk. AMPk PARilada será exportada del núcleo al citosol, favoreciendo la inactivación de mTORC1 y la inducción de autofagia a través de la activación del ULK1. La ausencia de PARP-1 o la inhibición de la PARilación mantienen a AMPk unida a PARP-1, no produciéndose la modificación por PAR que AMPk necesitaría para inducir autofagia durante retirada de nutrientes.

    Por tanto, según nuestros resultados PARP-1 y la Poli (ADP-Ribosilación) son factores clave en el inicio y el mantenimiento de la ruta autofágica, convirtiendo a PARP-1 en un nuevo sensor del estatus energético celular a través de su capacidad de interaccionar y modificar la activación de AMPk/mTORC1 y probablemente de otras etapas de la autofagia.